专利名称：均温型醇醚合成反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种气-固相催化反应装置，用于流体强放热催化反应和传热过程，属化学工程领域，特别适用于甲醇、甲醚、醇醚燃料合成反应过程，也可用于氨合成过程。
众所周知，对于加压下甲醇合成、甲醚合成是强放热催化反应。由氢气和一氧化碳合成甲醇时2H2+CO＝CH3OH+102.5KJ/mol由氢气和一氧化碳合成二甲醚时4H2+2CO＝(CH3)2O+H2O+200.2KJ/mol可见反应热比氨合成大一倍以上，随着反应过程的进行，不断放出的反应热使催化剂层温度提高，温度的提高不仅降低了合成反应的平衡转化率，特别是甲醇和二甲醚合成中使用的铜基触媒，耐热性差，容易导致高温下的过热失活，这在我国甲醇合成塔操作中并不少见，因此需把反应热从触媒床中移出，以降低反应气温度。在工业反应器中使用较多的一种如西德Lurgi公司的用于甲醇合成的列管式反应器，管内装触媒合成甲醇，反应热被管外沸腾水连续移热，该塔温差小，但触媒装填系数小，投资大；另一种如西南化工研究院提出的甲醇塔(CN1103379A)，上部为管壳式等温反应器，下部为绝热冷激式反应器，难以达到全塔等温的要求。
本实用新型的任务是依据气-固相催化放热可逆反应的特点，克服现有技术的缺点，提供一个触媒层温度分布合理、触媒活性高、结构简单可靠、操作性能好的反应器。
本实用新型主要通过以下改进方法来实现目的在触媒层中设置双环冷管胆，其冷管胆置于整个触媒层中，冷管胆内有为数众多的下行冷管插在触媒层当中，原料气在下行冷管中与管外触媒层反应气并流换热，然后经众多上行冷管再与管外反应气逆流换热，通过减小冷管管径，缩短冷管间距，增加比冷面，并用计算机模拟优化，选择最佳的下行冷管和上行冷管面积的比值，冷管的布置达到冷管的移热与反应热产生的大小相适应，减少触媒层的同平面温差和轴向温差，达到反应过程中触媒层温度均匀平稳的目的。
本实用新型的合成反应器主要由外壳P、触媒筐R或者触媒筐R和换热器E组成的内件，由触媒筐R的筒体S、大盖板M、或大盖板M和小盖板N，触媒筐R底部有花板J支承触媒层K，花板J上的触媒层K中设有一个或数个成同轴套装的冷管胆C，冷管胆的上环管L2连结引气管L1和下行冷管L3，下环管L4连结下行冷管L3和上行冷管L5，引气管L1通过大盖板上的填料函G活动配合，上行冷管与下行冷管按触媒层横截面分成各单元区域中触媒层的反应热量和冷管排热量之比趋于一致的原则均匀布置；或者触媒筐R的中心管L6与内件导气管L8连结，原料气1进反应器后，由导气管L8、中心管L6直接到触媒筐；或者触媒筐R的引气管L1与进气管L11连通，原料气1进反应器后，由引气管L1进触媒筐R；或者触媒筐R的中心管L6与换热器E出气管L7连结，原料气1进反应器后，先进换热器E，与出触媒筐R反应气换热后，经出气管L7到触媒筐R的中心管；下行冷管L3、上行冷管L5的面积M2与触媒层K的触媒体积M3之比为20～35；下行冷管L3的面积与上行冷管L5的面积之比为1.2～3.2；下行冷管L3、上行冷管L5是圆管，管径为16～32mm，相邻各冷管间的中心距为35～60mm，排列成数层同轴心圆圈，相邻内外二层冷管间的中心距为35～60mm；或者下行冷管L3、上行冷管L5是扁平管。
以下结合附图，作进一步说明。
图1和图2是不设塔内换热器的反应器示意图。
图3是设有塔内换热器的反应器示图。
图4是合成工序工艺流程示意图。
图1表示利用现有国内合成塔外壳设计的，用于合成二甲醚和醇醚混合燃料，或高压联醇的一种反应器。因为这几类反应中反应热很大，故不设塔内换热器。外壳承受压力，合成压力为1.0～32MPa，外壳中安装由触媒筐构成的内件，触媒筐有壳体S和底部花板J支承触媒层K；触媒筐当中有中心管L6，中心管中设有电热器，供开车使用；中心管下端与导气管L8连接，中心管上端通过填料函D与大盖板M活动配合；由引气管L1，上下环管L2，L4和上下行冷管L3，L5组成的冷管胆C；由引气管L1通过填料函G与大盖板M活动配合，大盖板M和小盖板N之间构成集气室，隔开进塔气和触媒层上方气体。加压后的含氢气、一氧化碳、二氧化碳的原料气1由外壳上端入口，经外壳P与触媒筐筒体S之间环隙下流，由导气管L8到中心管L6上流到大小盖板间的集气室，然后经引气管L1到冷管胆，先由冷管胆下行冷管L3与管外触媒层中的气体并流换热到触媒筐底部再经下环管L4分布到上行冷管L5中与管外反应气逆流换热；因整个触媒层并流和逆流换热而缩小触媒层轴向温差，冷管内气体被加热到触媒活性温度(例如220～400℃)后，出冷管到触媒层，进行合成反应，放出的大量反应热被冷管内气体吸收，达到反应气体在触媒层中均温的目的，反应气2到底部经多孔花板J和出气管L9出合成塔。
图2与
图1一样，为无塔内换热器的反应器，所不同的是中心管L6不与导气管相连，触媒筐也没有小盖板N，进气管L11与引气管L1连通。加压后的原料气1由外壳下端进气管L11进塔，经外壳P与筒体S间的环隙上流到上方，由引气管L1进冷管胆C与触媒层中的反应气向并流换热，出触媒层反应气经底部花板J和出气管L9出反应器。中心管L6上端口为触媒层K上方。当开车时，气体3经中心管L6中的电热器升温为热气，进触媒层作还原触媒用；在正常生产时，进塔冷气进中心管L6用于调节触媒层温度用。
图3反应器中的触媒筐结构表示与
图1相同，但反应器下部设有塔内换热器E，换热器可以是如图3列管式换热器，也可以是螺旋板式换热器，换热器E的出气管L7与触媒筐R的中心管L6相连，换热器下部还设有调节温度用的冷气副线L10。进塔原料气1由外壳上端入口，经外壳P与触媒筐筒壁S之间环隙下流到底部，进换热器E的管间，与管内反应热气换热，提高温度后，由换热器出气管L7到中心管L6上流到大小盖板间的集气室，再进冷管胆C与触媒层中反应气换热，冷管胆在直径小于Φ800反应器可用一个双环冷管胆，对于直径大于Φ800或更大塔径的反应器可用二个或二个以上冷管胆同轴心套装，以便制造和安装；每个冷管胆的上下环管间有下行冷管，用管径16～32mm、壁厚2mm的薄壁小圆管，排列成数层同轴心圆圈，相邻内外二层冷管间的中心距为35～60mm，同一层相邻冷管间的中心距为35～60mm，下行冷管面积与上行冷管面积之比为1.2～3.2，上行冷管与下行冷管按触媒层横截面分成各单元区域中触媒层的反应热量和冷管排热量之比趋势于一致的原则均匀布置。反应气由触媒层经底部多孔花板J出口，进入下部换热器E换热管内，加热入塔原料气后经管L9出塔。
图4是合成工序工艺流程示意图。图中R1为合成反应器，V1为油分离器，V2、V3为合成产品如甲醇、二甲醚、醇醚燃料的分离器，E1为反应热回收器，E2、E3为冷却冷冻器，T为循环机。加压后的原料气与循环气汇合后，经油分V1除油后，得合格入塔气1，进合成反应器R1反应。根据不同的催化剂生成甲醇、二甲醚或醇醚燃料，出反应器热气2，先在反应热回收器E1中回收热量，再在E2中冷却，在V2中分离。产品的分离，根据不同情况，可用冷却冷冻从气体中液化，也可用吸收法。出分离器V2的气体，部分经循环机循环与新鲜原料气汇合，再去反应器；部分气体即尾气出合成系统后，可在E3中进一步冷冻或喷水，再在V3中进一步分离液体产品，V2、V3可采用有不锈钢丝毡折叠滤芯与微米级超细玻璃纤维复合滤芯两级过滤的高效分离器，再送后工段，如联醇装置中去铜洗或甲烷化，或提取有用气后放空。
实施例1某厂原设计Φ500mm合成反应器，用半水煤气一步法制二甲醚，由于合成反应热大，采用出合成塔的反应气部分送去分离产品，部分反应气未分离再循环合成的方法，年设计能力500吨。现采用本实用新型反应器及方法，流程示意见图4。原料气经精脱硫，达到总硫＜0.05PPM，压缩到6.4MPa，用二甲醚合成反应器，采用图2的型式，内径用Φ500mm，内装C301铜基甲醇催化剂和r-Al2O3脱水剂组成的双功能催化剂0.6M3，进反应器原料气温度为25℃，经冷管胆换热后，再进触媒层在250～270℃下进行合成二甲醚反应，生成3％二甲醚后出反应器，冷却分离出产品。气体大部分经循环机循环与原料气汇合，少部分尾气放空。二甲醚小时产量178Kg，年产达1280吨，比原设计方法提高一倍以上。原料气、进塔气、出塔气和尾气的气量和组成见表1。表1
本实用新型设计的醇醚合成反应器，成功地解决了甲醇合成、二甲醚一步法合成和醇醚燃料合成中反应热大和合成催化剂耐热性差的矛盾。在甲醇合成反应器中，达到触媒层平面温差＜5℃，全床层轴向温差＜10℃的良好效果，比国外先进的管壳式等型甲醇合成反应器温差要小，触媒装填系数大，设备能力提高，投资大为降低；用于合成氨厂联产醇醚燃料或等高压甲醇甲烷化装置一步法合成二甲醚，都可达到提高产量，增加设备能力，延长触媒使用寿命，降低成本的良好效果。
权利要求1.一种均温型醇醚合成反应器，主要由外壳(P)、触媒筐(R)组成的内件，有触媒筐(R)的筒体(S)、大盖板(M)，触媒筐(R)底部有花板(J)支承触媒层(K)，其特征是花板(J)上的触媒层(K)中设有一个或数个成同轴套装的冷管胆(C)，冷管胆的上环管(L2)连结引气管(L1)和下行冷管(L3)，下环管(L4)连结下行冷管(L3)和上行冷管(L5)，引气管(L1)通过大盖板上的填料函(G)活动配合，上行冷管与下行冷管按触媒层横截面分成各单元区域中触媒层的反应热量和冷管排热量之比趋于一致的原则均匀布置。
2.一种均温型醇醚合成反应器，主要由外壳(P)、触媒筐(R)和换热器(E)组成的内件，有触媒筐(R)的筒体(S)、大盖板(M)和小盖板(N)，触媒筐(R)底部有花板(J)支承触媒层(K)，其特征是花板(J)上的触媒层(K)中设有一个或数个成同轴套装的冷管胆(C)，冷管胆的上环管(L2)连结引气管(L1)和下行冷管(L3)，下环管(L4)连结下行冷管(L3)和上行冷管(L5)，引气管(L1)通过大盖板上的填料函(G)活动配合，上行冷管与下行冷管按触媒层横截面分成各单元区域中触媒层的反应热量和冷管排热量之比趋于一致的原则均匀布置。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征是内件触媒筐(R)的中心管(L6)与内件导气管(L8)连结，原料气(1)进反应器后，由导气管(L8)、中心管(L6)直接到触媒筐(R)。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征是内件触媒筐(R)的引气管(L1)与进气管(L11)连通，原料气(1)进反应器后，由引气管(L1)进触媒筐(R)。
5.根据权利要求2所述的反应器，其特征是内件触媒筐(R)的中心管(L6)与换热器(E)出气管(L7)连结，原料气(1)进反应器后，先进换热器(E)，与出触媒筐(R)反应气换热后，经出气管(L7)到触媒筐(R)的中心管(L6)。
6.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征是下行冷管(L3)、上行冷管(L5)的面积(M2)与触媒层(K)的触媒体积(M3)之比为20～35 。
7.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征是下行冷管(L3)的面积与上行冷管(L5)的面积之比为1.2～3.2。
8.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征是下行冷管(L3)、上行冷管(L5)是圆管，管径为16～32mm。
9.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征是下行冷管(L3)、上行冷管(L5)是圆管，排列成数层同轴心圆圈，相邻内外二层冷管间的中心距为35～60mm。
10.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征是下行冷管(L3)、上行冷管(L5)是圆管，相邻各冷管间的中心距为35～60mm。
专利摘要一种均温型醇醚合成反应器,整个触媒层中设有一个或数个成同轴套装的冷管胆,反应气与冷管内未反应气向并流换热,通过减小冷管管径,缩短冷管间距,增加比冷面,并用优化设计,排列冷管使各单元区域中触媒层的反应热量和冷管排热量之比趋于一致,达到缩小全触媒床层温差,延长触媒寿命,增产节能降耗的效果,用于一步法合成二甲醚,可提高产量一倍以上。
文档编号C07C43/04GK2400445SQ9823338
公开日2000年10月11日 申请日期1998年11月28日 优先权日1998年11月28日
发明者楼寿林, 卢慕书, 楼韧 申请人:楼寿林, 卢慕书, 楼韧